Книга От Дарвина до Эйнштейна. Величайшие ошибки гениальных ученых, которые изменили наше понимание жизни и вселенной - Марио Ливио

Брендон Картер указал, что нельзя слишком полагаться на принцип Коперника – на тот факт, что мы не представляем собой ничего особенного в мироздании. Он напомнил астрономам, что наблюдения во Вселенной делают именно люди, а следовательно, не стоит удивляться, когда они обнаруживают, что свойства мироздания соответствуют условиям человеческого существования. Например, мы не могли бы обнаружить, что во Вселенной нет углерода, поскольку мы – форма жизни, основанная на углероде. Первоначально большинство исследователей решили, что антропная аргументация Картера – не более чем очевидная банальность. Однако в последние два-три десятилетия антропный принцип завоевал определенную популярность. Сегодня несколько ведущих теоретиков согласны с тем фактом, что в контексте множественной Вселенной антропная аргументация может привести к естественной разгадке тайны космологической постоянной, которая до сих пор ставит всех в тупик. Вкратце это выглядит так: если бы лямбда была гораздо больше, как, судя по всему, требуют некоторые вероятностные соображения, то вселенское ускорение пересилило бы гравитацию до того, как успели бы образоваться галактики. Тот факт, что мы здесь, в галактике Млечный Путь, разумеется, делает нас предвзятыми: значение космологической постоянной в нашей Вселенной должно быть низким.

Однако насколько разумно предположение, что некоторые физические постоянные «случайны»? Прояснить это понятие поможет исторический пример. В 1597 году великий немецкий астроном Иоганн Кеплер опубликовал трактат под названием «Mysterium Cosmographicum» («Тайна мироздания»)[449]. Кеплер считал, что в этой книге он нашел ответ на две вселенские загадки: почему планет в солнечной системе именно шесть (в то время их было известно как раз столько) и что определяет размер их орбит. Даже по меркам тех времен предложенные объяснения граничили с умопомешательством. Кеплер создал модель Солнечной системы, вписав друг в друга пять правильных многогранников – так называемые платоновы тела (тетраэдр, куб, октаэдр, додекаэдр и икосаэдр). Вместе со внешней сферой – небесной твердью с зафиксированными в ней звездами – платоновы тела обеспечивали ровно шесть промежутков, что Кеплер считал «объяснением» количества планет. А выбрав определенный порядок того, какой многогранник в какой вписан, Кеплер сумел добиться почти что точных относительных размеров орбит в Солнечной системе. Однако главная трудность с моделью Кеплера состояла даже не в ее геометрических деталях – ведь Кеплер, в конце концов, просто объяснил имеющиеся данные наблюдений при помощи известного ему математического аппарата. Главный ее недостаток состоял в том, что Кеплер не понимал, что ни количество планет, ни размеры их орбит – не фундаментальные величины, их нельзя объяснить при помощи основополагающих принципов. Законы физики, конечно, управляют общим процессом формирования планет из протопланетного диска из газа и пыли, однако конечный результат все равно определяется конкретным окружением каждого молодого звездного объекта. Теперь мы знаем, что на Млечном Пути существуют миллионы планет, не относящихся к Солнечной системе, и каждая планетная система имеет и свой набор планет, и свои свойства орбит. И число планет, и параметры их орбит случайны, как, например, и узор каждой конкретной снежинки. У Солнечной системы есть только один параметр, который определил наше существование: это расстояние от Солнца до Земли. Земля находится в обитаемой зоне Солнца – узком поясе вокруг звезды, в пределах которого на поверхности планеты может существовать вода в жидком состоянии. Если бы до Солнца было гораздо ближе, вода бы испарялась, а если бы было гораздо дальше, она бы замерзала. Вода была необходима для того, чтобы на Земле зародилась жизнь, поскольку молекулы в «первобытном бульоне» юной Земли легко комбинировались и могли формировать длинные цепочки, укрывшись от вредного ультрафиолетового излучения. Кеплер был одержим идеей найти фундаментальное объяснение расстоянию между Землей и Солнцем, однако эта одержимость была ошибочной. В принципе, Земле ничто не помешало бы сформироваться на другом расстоянии. Но если бы это расстояние оказалось гораздо больше или гораздо меньше, не было бы никакого Кеплера и некому было бы об этом задуматься. Среди миллиардов солнечных систем в галактике Млечный Путь во многих, возможно, жизнь так и не зародилась, поскольку в обитаемой зоне вокруг звезды не было подходящей планеты. И хотя орбита Земли, конечно, определяется законами физики, для ее радиуса нет более глубокого объяснения, кроме того факта, что если бы его величина сильно отличалась от нынешней, нас бы попросту не было.

Это подводит нас к последнему необходимому ингредиенту антропной аргументации: если мы хотим объяснить значение космологической постоянной в терминах случайной величины во множественной Вселенной, которая обеспечивает в нашей Вселенной возможность появления и сохранения воды в жидком виде, должна существовать множественная Вселенная. А есть ли она? Этого мы не знаем, однако хитроумным физикам это никогда не мешало делать умозаключения. Зато мы знаем, что по одному теоретическому сценарию, получившему название вечной инфляции, мощное растяжение пространство-времени может привести к возникновению бесконечной и вечной множественной Вселенной. Предполагается, что такая Вселенная будет постоянно генерировать области, подвергающиеся инфляции, а из них получатся отдельные «карманные Вселенные»[450]. Большой взрыв, в результате которого возникла наша «карманная Вселенная», – это всего лишь рядовое событие в гораздо более масштабной структуре экспоненциально расширяющегося субстрата. Некоторые версии теории струн (теперь ее иногда называют М-теорией) также допускают огромное разнообразие Вселенных (более 10500!), и в каждой, возможно, физические постоянные обладают своими значениями. Если этот умозрительный сценарий верен, значит, Вселенная в нашем традиционном понимании может оказаться всего лишь участком пространства-времени в обширном космическом ландшафте[451].

Но не надо обольщаться и считать, будто все физики (или даже большинство) убеждены, что ответ на загадку энергии пустого пространства нужно искать именно в антропной аргументации. У некоторых физиков при одном упоминании «множественной Вселенной» и «антропного принципа» подскакивает давление. Причин у подобной враждебности две. Во-первых, как уже упоминалось в главе 9, со времен основополагающей работы философа науки Карла Поппер, научная теория имеет право считаться таковой, только если она фальсифицируема по данным экспериментов или наблюдений. Это требование легло в основу «научного метода». Предположение, что существует целый ансамбль потенциально ненаблюдаемых Вселенных, по крайней мере на первый взгляд противоречит этому требованию, а поэтому относится к области метафизики, а не физики. Однако отметим, что граница между наблюдаемым и ненаблюдаемым, по нашему определению, несколько размыта. Рассмотрим, к примеру, космологический горизонт – окружающую нас поверхность, откуда до нас успевает дойти только излучение, которое родилось в момент Большого взрыва. Согласно модели Эйнштейна-де Ситтера (однородная, изотропная Вселенная с постоянной кривизной и без космологической постоянной) расширение Вселенной замедляется, и можно спокойно предположить, что все объекты, которые сейчас лежат за горизонтом, в отдаленном будущем можно будет наблюдать. Однако с 1998 года мы знаем, что живем не в космосе Эйнштейна-де Ситтера: наша Вселенная расширяется с ускорением. В такой Вселенной любой объект, который сейчас находится за горизонтом, останется за горизонтом навсегда. Более того, если ускоренное расширение будет продолжаться, как следует из космологической постоянной, то мы перестанем видеть даже те галактики, которые наблюдаем сейчас! Когда скорость удаления приблизится к скорости света, излучение удаленных объектов будет искажено (красным смещением) до такой степени, что его длина волны превзойдет размер Вселенной (пространство-время может растягиваться с любой скоростью, на нее нет ограничений, поскольку при этом не движется никакая масса). Так что даже наша собственная ускоряющаяся Вселенная содержит объекты, которые ни нам, ни астрономам будущего наблюдать не доведется. Но мы же не считаем, что они относятся к области метафизики! Как же нам убедиться в существовании потенциально ненаблюдаемых Вселенных? Ответ естественным образом проистекает из научного метода: мы поверим в их существование, если его предскажет теория, достоверность которой будет доказана другими способами. Мы уверены, что черные дыры обладают именно такими свойствами, поскольку это предсказывает общая теория относительности – теория, проверенная множеством экспериментов. Общее правило должно быть прямой экстраполяцией идей Поппера: если теория делает проверяемые и фальсифицируемые предсказания в наблюдаемых частях Вселенной, нам нужно быть готовыми принять ее предсказания и для тех частей Вселенной (или множественной Вселенной), которые недоступны для прямых наблюдений.